紧凑型全桥DC-DC隔离电源电路设计

概述：
全桥结构在电路设计当中有着相当广泛的作用。本文介绍了一种基于全桥DC-DC的隔离电源设计。文中提及的半桥IGBT板为两组隔离的正负电压输出，这样做是为了能够成为IGBT的驱动及保护。并且在实践设计时，需要根据选择的IGBT开关管参数和工作频率，来确定驱动板电源功率。而后对原边共用全桥控制的DC-DC电源设计进行了介绍，给出了变压器的选择方法。

IGBT半桥集成驱动板电源特点
半桥IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥IGBT集成驱动板来实现。半桥IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源，该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高，并且两组电源副边完全隔离。在大功率半桥IGBT集成 驱动单元的项目中，针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源，设计了一种电源变压器原边控制拓扑，即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路，提高了 电源功率密度和效率，节省了功率开关数量。全桥开关管巧妙搭配，无需隔离驱动，减少了占用集成驱动板上的PCB面积。
半桥IGBT集成驱动板在两路驱动上表现出负载特性一致的原因是，因为上下半桥当中两个单元 IGBT的性能参数一致，并且采用同体封装。因此在IGBT半桥集成驱动板的电源设计中，两组隔离的DC-DC电源原边完全可以共用一组控制电路。 IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在IGBT功率模块上，它对驱动板的要求有两个：第一是半桥集成驱动板对PCB面积、体积要求很高，要求尽可能减小PCB面积和体积；第二因为驱动IGBT需要的功率较大，对板上电源的功率密度、效率要求也较高。

原边共用全桥控制的DC-DC电源设计
本设计采用了两个变压器原边共用，也就是全桥电路控制DC-DC电源变压器。正常模式下两个全桥变 换拓扑需要两组全桥开关，同时全桥开关的脉冲驱动电路也为两组共8路PWM脉冲。采用共用全桥拓扑节省了控制电路和全桥开关，简化了DC-DC隔离电源电 路。由于该电源是给半桥IGBT驱动电路供电，负载稳定且可计算，因此全桥DC-DC电源采用开环控制，满足最大功率需求即可。电路原理如图1所示，该电 源由4部分组成：4路PWM脉冲产生电路、全桥驱动开关、电源变压器及其副边整流滤波电路。DC-DC电源输入为单+15 V电源，输出为两组隔离的+15 V和-10 V双电源，采用负电源是为可靠地关断IGBT。

图1 原边共用全桥电路的DC-DC原理图
共用全桥开关的两组DC-DC隔离电源工作原理为：对角的开关管同时开通，另外一组对角已经关断， 此时两组磁芯原边同时正反相激磁，副边耦合，再进行全波整流滤波后得到稳定的电源。设计全桥开关工作频率为360 kHz,同时采用全波整流，因此副边不需要很大的滤波、储能元件，有利于实现DC-DC电源小型化。
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